JP5185557B2 - Equipment for improving residual stress in pipes - Google Patents

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Description

本発明は、配管等の管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善装置に関する。   The present invention relates to a tubular body residual stress improving apparatus for improving a residual stress of a tubular body such as a pipe.

原子力発電所、大型プラント等において、大型の配管等の管体を設置する場合、溶接した際に配管に残留する応力の除去が問題となる。溶接が行われると配管には残留応力が発生し、その残留応力によって配管の寿命が短くなるおそれがあるため、溶接によって発生した残留応力は、除去することが望ましい。   When installing a pipe body such as a large pipe in a nuclear power plant, a large plant, etc., removal of stress remaining in the pipe when welding is a problem. When welding is performed, residual stress is generated in the pipe, and the residual stress may shorten the life of the pipe. Therefore, it is desirable to remove the residual stress generated by welding.

配管に残留する残留応力の改善方法として、本願の発明者等は、レーザを周回移動させながら配管の外周面に照射し、材料に悪影響を及ぼさない温度に急速加熱して、配管の内外面に温度差を形成することにより、配管の残留応力を低減する方法を提案している(特許文献1〜4)。   As a method of improving the residual stress remaining in the pipe, the inventors of the present application irradiate the outer peripheral surface of the pipe while moving the laser around, rapidly heat it to a temperature that does not adversely affect the material, and apply it to the inner and outer faces of the pipe. The method of reducing the residual stress of piping is proposed by forming a temperature difference (patent documents 1 to 4).

特開2006−035292号公報JP 2006-035292 A 特開2006−015399号公報JP 2006-015399 A 特開2006−037199号公報JP 2006-037199 A 特開2005−232586号公報JP-A-2005-232586

特許文献1〜4等のように、レーザ照射により配管の残留応力を低減する方法においては、照射対象とする配管の径が比較的に小さい場合、配管の周方向において、配管の周囲へ逃げる光が多くなり、その結果、光の漏れ量が多くなると共に、照射領域の端部での十分な光強度の確保が困難となる問題があった。又、配管の軸方向においても、必要とする領域外への照射があるため、所望の領域内に所望の入熱特性を得るためには、レーザ出力が余分に必要となっていた。加えて、配管の径が変化するテーパ形状の配管を照射対象とした場合には、配管のテーパ部分とストレート部分との境界部で、入熱分布が急激に変化するため、配管のテーパ部分とストレート部分に対して、所望の入熱分布を得ることは困難であった。   As in Patent Documents 1 to 4, etc., in the method of reducing the residual stress of the pipe by laser irradiation, when the diameter of the pipe to be irradiated is relatively small, the light that escapes to the circumference of the pipe in the circumferential direction of the pipe As a result, there are problems that the amount of light leakage increases and it becomes difficult to secure sufficient light intensity at the end of the irradiation region. Also, in the axial direction of the pipe, since there is irradiation outside the necessary area, an extra laser output is necessary to obtain the desired heat input characteristics within the desired area. In addition, when taper-shaped pipes with varying pipe diameters are targeted for irradiation, the heat input distribution changes abruptly at the boundary between the pipe taper part and straight part. It was difficult to obtain a desired heat input distribution for the straight portion.

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、レーザ光の光路を制御して、不必要な領域への照射を抑制する管体の残留応力改善装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an apparatus for improving a residual stress of a tubular body that controls an optical path of a laser beam and suppresses irradiation to an unnecessary region.

上記課題を解決する第の発明に係る管体の残留応力改善装置は、
円筒状の管体の外周を周回移動する回転駆動手段と、
前記回転駆動手段に保持され、レーザ光源からのレーザ光を前記管体の溶接部分の外周面に複数照射すると共に、前記複数のレーザ光による照射領域を調整可能な光制御部とを有し、
記複数のレーザ光による照射領域を前記管体の周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善装置において、
前記光制御部は、
少なくとも1つの端部のレーザ光の光学系に、該光学系におけるレーザ光の光軸をずらすレンズを有し、該レンズにより、端部のレーザ光の強度ピークが前記管体の軸方向の外側に偏るように該レーザ光の光軸をずらして、前記管体へ照射すると共に、
他のレーザ光の光学系に、台形側面を前記管体の軸方向に向けて配設した台形プリズムを有し、該台形プリズムにより、各レーザ光の前記管体の周方向における裾野部分を内側に屈折して、前記管体へ照射することを特徴とする。
A tubular body residual stress improving apparatus according to a first aspect of the present invention for solving the above problems is as follows.
Rotational drive means for moving around the outer circumference of the cylindrical tube;
The held to a rotary drive means, as well as several irradiating a laser beam to the outer peripheral surface of the welded portion of the tubular body from the laser light source and a front Kifuku number of adjustable light control unit irradiation area by the laser beam Have
By moving the irradiation region by the laser light before Kifuku number in a circumferential direction of the tubular body, the tubular-body residual-stress improving apparatus for improving the residual stress of the tube,
The light control unit
The optical system of the laser light at at least one end has a lens for shifting the optical axis of the laser light in the optical system, and the lens causes the intensity peak of the laser light at the end to be outside the axial direction of the tubular body. The optical axis of the laser beam is shifted so as to be biased to irradiate the tube body,
The other laser light optical system has a trapezoidal prism with a trapezoidal side faced in the axial direction of the tube, and the trapezoidal prism allows the inner side of the skirt portion of the laser beam in the circumferential direction to be inside. The tube body is refracted and irradiated to the tube body.

上記課題を解決する第2の発明に係る管体の残留応力改善装置は、
上記第1の発明に記載の管体の残留応力改善装置において、
前記光制御部は、一方の端部のレーザ光の光学系が前記レンズを有する場合、他方の端部のレーザ光の光学系に、前記レーザ光の光軸をずらすレンズに替えて、台形側面を前記管体の周方向に向けて配設した他の台形プリズムを有し、該他の台形プリズムにより、端部のレーザ光の前記管体の軸方向における裾野部分を内側に屈折して、前記管体へ照射することを特徴とする。
A tubular body residual stress improving apparatus according to a second invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
In the tubular body residual stress improving apparatus according to the first invention,
When the optical system of the laser light at one end has the lens, the light control unit replaces the lens that shifts the optical axis of the laser light with the optical system of the laser light at the other end. The other trapezoidal prism disposed in the circumferential direction of the tubular body, the other trapezoidal prism refracts the skirt portion of the end portion of the laser beam in the axial direction of the tubular body, The tube is irradiated.

上記課題を解決する第3の発明に係る管体の残留応力改善装置は、
上記第1又は第2の発明に記載した管体の残留応力改善装置において、
前記台形プリズムに替えて、出射側の面が3つより多い数の面を有する多面プリズムを用いることを特徴とする。
上記課題を解決する第4の発明に係る管体の残留応力改善装置は、
上記第2の発明に記載した管体の残留応力改善装置において、
前記台形プリズム、前記他の台形プリズムに替えて、出射側の面が3つより多い数の面を有する多面プリズムを用いることを特徴とする。
A tubular body residual stress improving apparatus according to a third invention for solving the above-mentioned problems is
In the residual stress improving apparatus for a tubular body described in the first or second invention,
Wherein instead of trapezoidal prisms, characterized by using a multifaceted prism having a surface having a surface on the emission side is more than three.
A tubular body residual stress improving apparatus according to a fourth invention for solving the above-described problems is
In the tubular body residual stress improving apparatus described in the second invention,
Instead of the trapezoidal prism and the other trapezoidal prisms, a polyhedral prism having more than three surfaces on the exit side is used.

上記課題を解決する第の発明に係る管体の残留応力改善装置は、
上記第2の発明に記載の管体の残留応力改善装置において、
前記他の台形プリズムに替えて、切頭型の四角錐からなる六面体プリズムを用い、該六面体プリズムにより、端部のレーザ光の前記管体の周方向における裾野部分を内側に屈折すると共に、端部のレーザ光の前記管体の軸方向における裾野部分を内側に屈折して、前記管体へ照射することを特徴とする。
A tubular body residual stress improving apparatus according to a fifth invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
In the tubular body residual stress improving apparatus according to the second invention,
Instead of the other trapezoidal prism, a hexahedral prism made of a truncated quadrangular pyramid is used, and the hexahedral prism refracts the skirt portion in the circumferential direction of the tubular body of the laser beam at the end, and The base portion of the laser beam in the axial direction of the tube body is refracted inward to irradiate the tube body.

上記課題を解決する第の発明に係る管体の残留応力改善装置は、
円筒状の管体の外周を周回移動する回転駆動手段と、
前記回転駆動手段に保持され、レーザ光源からのレーザ光を前記管体の溶接部分の外周面に1つ若しくは複数照射すると共に、前記1つ若しくは複数のレーザ光による照射領域を調整可能な光制御部とを有し、
前記1つ若しくは複数のレーザ光による照射領域を前記管体の周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善装置において、
前記光制御部は、少なくとも1つの端部のレーザ光の光学系に、該光学系におけるレーザ光の光軸をずらすレンズを有し、該レンズにより、端部のレーザ光の強度ピークが前記管体の軸方向の外側に偏るように該レーザ光の光軸をずらして、前記管体へ照射することを特徴とする。
A tubular body residual stress improving apparatus according to a sixth invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
Rotational drive means for moving around the outer circumference of the cylindrical tube;
Light control that is held by the rotation driving means and that irradiates one or more laser beams from a laser light source to the outer peripheral surface of the welded portion of the tube, and that can adjust the irradiation area by the one or more laser beams And
In the apparatus for improving residual stress of a tubular body that improves the residual stress of the tubular body by moving the irradiation region of the one or more laser beams in the circumferential direction of the tubular body,
The light control unit has a lens that shifts the optical axis of the laser light in the optical system in the optical system of the laser light in at least one end, and the lens causes an intensity peak of the laser light in the end to be in the tube. The tube is irradiated with the optical axis of the laser beam shifted so as to be biased outward in the axial direction of the body.

上記課題を解決する第の発明に係る管体の残留応力改善装置は、
上記第1から第のいずれか1つの発明に記載した管体の残留応力改善装置において、
前記レーザ光の光学系を、1つの筐体内に配置することを特徴とする。
A tubular body residual stress improving apparatus according to a seventh invention for solving the above-mentioned problems is
In the residual stress improving apparatus for a tubular body described in any one of the first to sixth inventions,
The optical system of the laser beam is arranged in one housing.

上記課題を解決する第の発明に係る管体の残留応力改善装置は、
上記第1から第のいずれか1つの発明に記載した管体の残留応力改善装置において、
前記光制御部の光学系に非球面レンズを用いることを特徴とする。
An apparatus for improving a residual stress of a tubular body according to an eighth invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
In the tubular body residual stress improving apparatus described in any one of the first to seventh inventions,
An aspheric lens is used in the optical system of the light control unit.

第1〜第の発明によれば、プリズムを用いて、レーザ光の裾野部分の光を内側に屈折するので、照射領域の端部において、十分な照射強度を確保すると共に、不必要な領域へのレーザ光の照射を抑制して、レーザ光の出力のムダを低減することができる。 According to the first to fifth inventions, since the light at the skirt portion of the laser beam is refracted inward using the prism, a sufficient irradiation intensity is ensured at the end of the irradiation region, and an unnecessary region. It is possible to reduce the waste of the output of the laser beam by suppressing the irradiation of the laser beam.

第1、第の発明によれば、軸ずらしレンズを用いて、照射面でのレーザ光のピーク位置が軸方向外側にシフトするように、レーザ光の光軸をずらすので、照射領域の軸方向端部において、十分な照射強度を確保すると共に、不必要な領域へのレーザ光の照射を抑制して、レーザ光の出力のムダを低減することができる。 According to the first and sixth inventions, the optical axis of the laser beam is shifted so that the peak position of the laser beam on the irradiation surface is shifted outward in the axial direction using the axis shifting lens. At the end of the direction, sufficient irradiation intensity can be secured, and irradiation of laser light to unnecessary areas can be suppressed to reduce waste of laser light output.

の発明によれば、複数の光学系を1つの筐体内に配置するので、各光学系の調整範囲を大きくできると共に、漏れ光を抑制して、装置が損傷したり、災害が発生したりすることを防止することができる。 According to the seventh invention, since a plurality of optical systems are arranged in one housing, the adjustment range of each optical system can be increased, and leakage light can be suppressed to damage the device or cause a disaster. Can be prevented.

の発明によれば、光学系に非球面レンズを用いるので、使用するレンズ枚数を低減して、光制御部の構成を簡単且つ小さくすることができる。又、非球面レンズを照射対象の形状に応じて形成することにより、所望の照射プロファイルを形成することができる。 According to the eighth invention, since the aspherical lens is used in the optical system, the number of lenses to be used can be reduced and the configuration of the light control unit can be made simple and small. In addition, a desired irradiation profile can be formed by forming the aspheric lens according to the shape of the irradiation target.

本発明に係る管体の残留応力改善装置を、図1〜図14を用いて、詳細に説明する。   The tubular body residual stress improving apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

参考例1Reference example 1

図1は、本発明に係る管体の残留応力改善装置を示す概略構成図である。
図1に示すように、残留応力改善装置1は、円筒状の管体である配管2の外周を周回移動可能に配置され、周方向移動速度を制御可能な回転駆動装置3(回転駆動手段)と、回転駆動装置3に支持されると共に配管2の軸方向に延設され、配管2の周囲を配管2と同軸に周回可能なアーム部4と、アーム部4に保持され、配管2の溶接部Wの外周面の所定領域に複数のレーザ光9を照射する光制御部5と、複数の光ファイバ6により光制御部5と接続され、光ファイバ6を介してレーザ光を光制御部5に供給するレーザ発振器7と、回転駆動装置3、レーザ発振器7等を制御する制御部8とを有するものである。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a tubular body residual stress improving apparatus according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the residual stress improving apparatus 1 is arranged so as to be able to move around the outer periphery of a pipe 2 that is a cylindrical tube body, and can be controlled in rotational speed in the circumferential direction (rotation drive means). And an arm part 4 supported by the rotation drive device 3 and extending in the axial direction of the pipe 2, and capable of rotating around the pipe 2 coaxially with the pipe 2, and held by the arm part 4, and welding of the pipe 2 A light control unit 5 that irradiates a predetermined region on the outer peripheral surface of the part W with a plurality of laser beams 9 and a plurality of optical fibers 6 are connected to the light control unit 5, and the laser light is transmitted through the optical fibers 6 to the light control unit 5. And a control unit 8 for controlling the rotary drive device 3, the laser oscillator 7 and the like.

回転駆動装置3は、配管2の外周に脱着可能なものであり、残留応力を改善したい箇所例えば、溶接部W等の周囲に自由に設置可能である。なお、回転駆動装置3は、その内周側が配管2を保持し、アーム部4を支持する外周側が周回可能であればどのような構成でもよく、例えば、内周側において、配管2を保持する固定部と、外周側において、アーム部4を支持すると共に配管2の周囲を配管2と同軸に周回する周回部とを有するような構成でもよい。   The rotation drive device 3 can be attached to and detached from the outer periphery of the pipe 2 and can be freely installed around a place where the residual stress is desired to be improved, for example, a welded portion W or the like. The rotary drive device 3 may have any configuration as long as the inner peripheral side holds the pipe 2 and the outer peripheral side that supports the arm portion 4 can circulate. For example, the rotary drive device 3 holds the pipe 2 on the inner peripheral side. It may be configured to include a fixed portion and a surrounding portion that supports the arm portion 4 and circulates around the pipe 2 coaxially with the pipe 2 on the outer peripheral side.

光制御部5、光ファイバ6、レーザ発振器7は、加熱光学系を構成しており、配管2の軸方向に沿ってアーム部4に配置された光制御部5により、複数のレーザ光9を配管2の外周面の所定領域に照射し、所定領域を均一に加熱するようにしている。詳細は後述するが、光制御部5においては、光制御部5を構成するレンズ、ミラー等の位置を調整することで、周方向照射幅、軸方向照射幅を調整して、所望の加熱領域を調整している。なお、ここでは、一例として、光ファイバ6の数を複数とし、各々の光ファイバ6に対応して、配管2に照射されるレーザ光9も、P1〜Pnとしているが、光ファイバ6や照射されるレーザ光9の数は、照射条件によって適宜に変更可能なものであり、少なくとも1つ以上のレーザ光9を照射する構成であればよい。   The light control unit 5, the optical fiber 6, and the laser oscillator 7 constitute a heating optical system, and a plurality of laser beams 9 are generated by the light control unit 5 disposed on the arm unit 4 along the axial direction of the pipe 2. The predetermined area on the outer peripheral surface of the pipe 2 is irradiated to uniformly heat the predetermined area. Although details will be described later, in the light control unit 5, the circumferential irradiation width and the axial irradiation width are adjusted by adjusting the positions of the lenses, mirrors, and the like constituting the light control unit 5 so that a desired heating region is obtained. Is adjusted. Here, as an example, the number of optical fibers 6 is plural, and the laser light 9 applied to the pipe 2 corresponding to each optical fiber 6 is also P1 to Pn. The number of laser beams 9 to be applied can be changed as appropriate according to the irradiation conditions, and any configuration that irradiates at least one laser beam 9 may be used.

残留応力を改善する際には、本発明に係る残留応力改善装置1において、予め、光制御部5の調整により加熱領域を調整し、制御部8により、レーザ発振器7の出力を制御すると共に回転駆動装置3を所定の移動速度に制御して周回移動させることで、光制御部5から照射されるレーザ光9が、配管2の外周を周回移動しながら配管2の外周面の所定領域に照射され、配管2の外周面の所定領域が加熱されることになる。このとき、加熱時に発生する配管2の内外面温度差を利用し、内面を引張降伏させることにより、冷却後の内面の残留応力を低減若しくは圧縮応力に改善している。周回数としては、1回の周回でもよいが、複数の周回としてもよく、複数の周回の場合は、始終端の位置を変更するようにしてもよい。又、加熱温度としては、固溶化温度未満とすることが好ましい。更に、本発明の場合、配管2の内面側を必ずしも強制冷却する必要はない。   When the residual stress is improved, in the residual stress improving apparatus 1 according to the present invention, the heating region is adjusted in advance by the adjustment of the light control unit 5, and the output of the laser oscillator 7 is controlled and rotated by the control unit 8. By moving the driving device 3 around at a predetermined moving speed, the laser light 9 irradiated from the light control unit 5 irradiates a predetermined region on the outer peripheral surface of the pipe 2 while moving around the outer periphery of the pipe 2. Thus, a predetermined area on the outer peripheral surface of the pipe 2 is heated. At this time, the residual stress on the inner surface after cooling is reduced or improved to compressive stress by utilizing the temperature difference between the inner and outer surfaces of the pipe 2 generated during heating and causing the inner surface to yield. The number of laps may be one lap, but may be a plurality of laps. In the case of a plurality of laps, the start / end positions may be changed. The heating temperature is preferably less than the solution temperature. Furthermore, in the case of the present invention, it is not always necessary to forcibly cool the inner surface side of the pipe 2.

最初に、本発明に係る管体の残留応力改善装置において、残留応力を改善する原理を簡単に説明する。   First, the principle of improving the residual stress in the tubular residual stress improving apparatus according to the present invention will be briefly described.

配管2の溶接部W近傍の所定領域の残留応力を改善する場合、本発明においては、配管2の外周面をレーザ光で加熱して、配管2の外面と内面との間に所定の温度差が生じるように加熱する。このような加熱を行うと、外面は圧縮応力状態、内面は引張応力状態、更には、内面は引張降伏状態になる。加熱後、上記所定領域の内面及び外面の温度差が無くなり、常温付近まで温度が低下すると、外面が引張応力状態になり、内面が圧縮応力状態になり、降伏応力により内面の残留応力を引張応力状態から圧縮応力状態に改善することが可能となる。このとき、加熱時に発生させる応力の大きさ(ひずみ量)は、少なくとも降伏応力相当以上のひずみ量となるように、レーザ加熱時の条件を設定することが望ましい。このようにして、配管2の内面に生じている残留応力を引張状態から圧縮状態に改善することができ、その結果、管体内面の応力腐食割れを防ぐことが可能となる。   In the case of improving the residual stress in a predetermined region near the welded portion W of the pipe 2, in the present invention, the outer peripheral surface of the pipe 2 is heated with laser light, and a predetermined temperature difference is formed between the outer surface and the inner surface of the pipe 2. Heat so that. When such heating is performed, the outer surface is in a compressive stress state, the inner surface is in a tensile stress state, and further, the inner surface is in a tensile yield state. After heating, there is no temperature difference between the inner and outer surfaces of the specified area, and when the temperature drops to near room temperature, the outer surface becomes a tensile stress state, the inner surface becomes a compressive stress state, and the residual stress on the inner surface is reduced by the yield stress. It becomes possible to improve from a state to a compressive stress state. At this time, it is desirable to set the conditions during laser heating so that the magnitude (strain amount) of the stress generated during heating is at least the strain equivalent to or greater than the yield stress. In this way, the residual stress generated on the inner surface of the pipe 2 can be improved from a tensile state to a compressed state, and as a result, stress corrosion cracking on the inner surface of the pipe body can be prevented.

このように、配管2の外周面(溶接部W近傍)をレーザ加熱して、所望のひずみ量を得るためには、軸方向照射幅、周方向照射幅を適切な範囲に制御する必要がある。軸方向照射幅、周方向照射幅は、配管2の形状(具体的には、配管2の径、板厚)、更には、配管2の材料、設置環境等に左右されるため、それらの条件に応じて、適切な軸方向照射幅、周方向照射幅を設定するようにしている。   As described above, in order to obtain the desired strain amount by laser heating the outer peripheral surface of the pipe 2 (near the welded portion W), it is necessary to control the axial irradiation width and the circumferential irradiation width within appropriate ranges. . The axial irradiation width and circumferential irradiation width depend on the shape of the pipe 2 (specifically, the diameter and thickness of the pipe 2), and the material of the pipe 2, the installation environment, and the like. Accordingly, appropriate axial direction irradiation width and circumferential direction irradiation width are set.

ところが、光制御部5に供給されるレーザ光は、光ファイバ6等を用いて供給されるため、元々の照射領域が広くなく、所望の軸方向照射幅、周方向照射幅とするためには、レンズ、凹面鏡等を用いて、照射領域を拡げる必要があった。その場合、照射領域の端部においては、十分な光強度を確保することが難しく、その部分を入熱のための照射領域とみなすことができず、無駄な照射領域となっていた。従って、軸方向照射幅、周方向照射幅の端部において、所望の入熱を得るためには、より大きなレーザ出力が必要となっていた。又、照射対象の配管2の径が比較的小さい場合には、照射領域の周方向端部の光が配管2の外側へ逃げてしまい、光の漏れ量が多くなると共に、実質的に照射された配管2の照射部分の周方向端部において、十分な光強度を確保することが難しい状況であった。   However, since the laser beam supplied to the light control unit 5 is supplied using the optical fiber 6 or the like, the original irradiation area is not wide, and in order to obtain the desired axial irradiation width and circumferential irradiation width. It was necessary to expand the irradiation area using a lens, a concave mirror, and the like. In that case, it is difficult to secure a sufficient light intensity at the end of the irradiation region, and that portion cannot be regarded as an irradiation region for heat input, resulting in a useless irradiation region. Accordingly, in order to obtain a desired heat input at the ends of the axial irradiation width and the circumferential irradiation width, a larger laser output is required. In addition, when the diameter of the pipe 2 to be irradiated is relatively small, the light at the circumferential end of the irradiation area escapes to the outside of the pipe 2, and the amount of light leakage increases and the light is substantially irradiated. It was difficult to ensure sufficient light intensity at the circumferential end of the irradiated portion of the pipe 2.

そこで、本発明に係る管体の残留応力改善装置においては、上述したような課題を克服するべく、光制御部5における光学系の構成を工夫している。なお、以下の説明においては、特に断らない限り、周方向とは、配管2の周方向を意味し、軸方向とは、配管2の軸方向を意味する。   Thus, in the tubular body residual stress improving apparatus according to the present invention, the configuration of the optical system in the light control unit 5 is devised in order to overcome the above-described problems. In the following description, unless otherwise specified, the circumferential direction means the circumferential direction of the pipe 2, and the axial direction means the axial direction of the pipe 2.

図2(a)に、光制御部5の実施形態の一例となる概略構成図を示して、その構成を説明する。なお、図2(a)においては、見やすくするため、複数のレーザ光のうち、レーザ光P1、Pnのみの光学系を図示すると共に、実際は、レンズやミラー等により、拡大されたり、反射されたりしているレーザ光P1、Pnの光路のうち、本参考例における特徴的光路のみ図示する。 FIG. 2A shows a schematic configuration diagram as an example of an embodiment of the light control unit 5, and the configuration will be described. In FIG. 2 (a), for the sake of clarity, an optical system of only the laser beams P1 and Pn out of a plurality of laser beams is illustrated, and actually, the optical system is enlarged or reflected by a lens, a mirror, or the like. Of the optical paths of the laser beams P1 and Pn, only the characteristic optical paths in this reference example are shown.

参考例の光制御部5Aは、レーザ光P1〜Pnを制御するものである。各光路上の光学系は、同等の構成を有しており、例えば、レーザ光P1においては、図2(a)に示すように、レーザ光の進行方向に向かって、順に、保護ガラス11、レンズ12、ミラー13、レンズ14を有している。従って、レーザ光P1においては、光ファイバ6から出射されたレーザ光が、光学系を保護する保護ガラス11へ入射され、保護ガラス11を透過したレーザ光がレンズ12により拡大され、その後、レンズ12により拡大されたレーザ光が、ミラー13により配管2の方向へ反射され、ミラー13により反射されたレーザ光が、レンズ14により、更に拡大されて、配管2の所望の領域に照射されている。 The light control unit 5A of this reference example controls the laser beams P1 to Pn. The optical system on each optical path has an equivalent configuration. For example, in the laser light P1, as shown in FIG. 2A, the protective glass 11, The lens 12, the mirror 13, and the lens 14 are included. Accordingly, in the laser light P1, the laser light emitted from the optical fiber 6 is incident on the protective glass 11 that protects the optical system, and the laser light that has passed through the protective glass 11 is magnified by the lens 12, and then the lens 12 The laser beam magnified by is reflected in the direction of the pipe 2 by the mirror 13, and the laser beam reflected by the mirror 13 is further magnified by the lens 14 and irradiated to a desired region of the pipe 2.

しかしながら、上記光学系のみでは、照射領域の周方向端部の光強度は、不十分なままであるため、本参考例においては、レーザ光P1〜Pnの光学系の最終段であり、かつ、配管2に照射されるそれらのレーザ光の光学系の最終的な光路に対し、それらの光路の周方向両側に、1対のミラー21、22を配設している。これらのミラー21、22は、拡大されたレーザ光の周方向における裾野部分のレーザ光を反射し、配管2の所望の照射領域にレーザ光を折り返すように配置されている。 However, since the light intensity at the end portion in the circumferential direction of the irradiation region remains insufficient with only the optical system, in this reference example, it is the final stage of the optical system of the laser beams P1 to Pn, and A pair of mirrors 21 and 22 are arranged on both sides in the circumferential direction of the optical paths of the optical systems of the laser beams irradiated onto the pipe 2. These mirrors 21 and 22 are arranged so as to reflect the laser light at the skirt portion in the circumferential direction of the enlarged laser light and to fold the laser light back to a desired irradiation region of the pipe 2.

このような構成により、配管2の照射領域の周方向端部では、レンズ14を透過して直接配管2に照射されたレーザ光と、レンズ14を透過し、ミラー21、22にて反射されたレーザ光とが重なるように照射されることになる。その結果、逃げ光を抑制して、出力を有効活用することができ、配管2の照射領域の周方向端部の光強度を制御して、その立上りを急峻にすることができる。なお、ここでは、調整が容易となることを考慮して、レーザ光P1〜Pnの全ての光学系に共用可能な1対のミラー21、22を設けたが、共用可能なミラー21、22に替えて、レーザ光P1〜Pnの各々に独立してミラーを設けるようにしてもよい。   With such a configuration, at the circumferential end of the irradiation region of the pipe 2, the laser beam that has been transmitted through the lens 14 and directly applied to the pipe 2 and the lens 14 are transmitted and reflected by the mirrors 21 and 22. The laser beam is irradiated so as to overlap. As a result, the escape light can be suppressed and the output can be used effectively, and the light intensity at the circumferential end of the irradiation region of the pipe 2 can be controlled to make the rise steep. Here, in consideration of ease of adjustment, a pair of mirrors 21 and 22 that can be shared by all the optical systems of the laser beams P1 to Pn are provided. Instead, a mirror may be provided independently for each of the laser beams P1 to Pn.

従って、従来は、配管2の外側に逃げていた光や必要領域への入熱にほとんど寄与しなかったレーザ光の裾野部分を、ミラー21、22により有効に利用して、配管2の照射領域の周方向端部の光強度を確保することができ、例えば、図2(b)の領域Aに示すように、周方向両端部が急峻に立ち上がったプロファイルに制御可能である。   Therefore, conventionally, the irradiation area of the pipe 2 is obtained by effectively using the mirrors 21 and 22 to illuminate the outside of the pipe 2 and the bottom part of the laser beam that has hardly contributed to the heat input to the necessary area. The light intensity at the end in the circumferential direction can be ensured. For example, as shown in a region A in FIG. 2B, the profile can be controlled so that the both ends in the circumferential direction rise sharply.

参考例2Reference example 2

図3(a)に、光制御部5の実施形態の他の一例となる概略構成図を示して、その構成を説明する。なお、図3(a)においても、見やすくするため、レーザ光P1〜Pnのうち、レーザ光P1、Pnのみの光学系を図示すると共に、実際は、レンズやミラー等により、拡大されたり、反射されたりしているレーザ光P1、Pnの光路のうち、本参考例における特徴的光路のみ図示する。 FIG. 3A shows a schematic configuration diagram as another example of the embodiment of the light control unit 5, and the configuration will be described. In FIG. 3 (a), for the sake of clarity, the optical system of only the laser beams P1 and Pn out of the laser beams P1 to Pn is illustrated, and actually, it is enlarged or reflected by a lens, a mirror, or the like. Of the optical paths of the laser beams P1 and Pn, only the characteristic optical paths in this reference example are shown.

図3(a)に示す光制御部5Bは、ミラーの構成を除き、参考例1の図2(a)に示した光制御部5Aと同等の構成を有するものである。従って、参考例1の光制御部5Aと同等の構成については、重複する説明を省略して、光制御部5Bの構成を説明する。 The light control unit 5B shown in FIG. 3A has the same configuration as the light control unit 5A shown in FIG. 2A of Reference Example 1 except for the mirror configuration. Therefore, the description of the configuration equivalent to that of the light control unit 5A of Reference Example 1 will be omitted, and the configuration of the light control unit 5B will be described.

参考例においては、照射領域の軸方向端部の光強度を確保するため、配管2に照射されるレーザ光P1〜Pnの両端部、つまり、レーザ光P1、Pnの光学系の最終段であり、かつ、それらのレーザ光P1、Pnの光学系の最終的な光路に対し、それらの光路の軸方向両端側に、1対のミラー23、24を配設している。ミラー23は、拡大されたレーザ光P1の軸方向における裾野部分のレーザ光を反射し、配管2の所望の照射領域にレーザ光を折り返すように配置されており、ミラー24は、拡大されたレーザ光Pnの軸方向における裾野部分のレーザ光を反射し、配管2の所望の照射領域にレーザ光を折り返すように配置されている。なお、配管2へ照射するレーザ光が1系統である場合には、例えば、レーザ光P1のみを用いて、配管2へ照射する場合には、レーザ光P1の光学系の最終段であり、かつ、そのレーザ光P1の光学系の最終的な光路に対し、その光路の軸方向両端側に、1対のミラー23、24を配設すればよい。 In this reference example, in order to ensure the light intensity at the axial end of the irradiation region, both ends of the laser beams P1 to Pn irradiated to the pipe 2, that is, at the final stage of the optical system of the laser beams P1 and Pn. In addition, a pair of mirrors 23 and 24 are disposed on both ends in the axial direction of the optical paths of the optical systems of the laser beams P1 and Pn. The mirror 23 is disposed so as to reflect the laser beam at the skirt portion in the axial direction of the expanded laser beam P1 and to fold the laser beam to a desired irradiation region of the pipe 2, and the mirror 24 is configured to expand the laser beam. The laser beam is arranged so as to reflect the laser beam at the base portion in the axial direction of the light Pn and to fold the laser beam to a desired irradiation region of the pipe 2. In addition, when the laser beam irradiated to the pipe 2 is one system, for example, when the laser beam P1 is irradiated using only the laser beam P1, it is the final stage of the optical system of the laser beam P1, and A pair of mirrors 23 and 24 may be disposed on both ends of the optical path in the axial direction with respect to the final optical path of the optical system of the laser beam P1.

このような構成により、配管2の照射領域の軸方向の端部では、レンズ14を透過して直接配管2に照射されたレーザ光と、レンズ14を透過し、ミラー23、24にて反射されたレーザ光とが重なるように照射されることになる。その結果、必要領域外への照射を抑制して、出力を有効活用することができ、配管2の照射領域の軸方向端部の光強度を制御して、その立上りを急峻にすることができる。   With such a configuration, at the axial end of the irradiation region of the pipe 2, the laser beam that has passed through the lens 14 and is directly irradiated onto the pipe 2 and the lens 14, and are reflected by the mirrors 23 and 24. The laser beam is irradiated so as to overlap. As a result, irradiation outside the necessary area can be suppressed and the output can be used effectively, and the light intensity at the axial end of the irradiation area of the pipe 2 can be controlled to make its rise steep. .

従って、従来は、必要領域への入熱にほとんど寄与しなかったレーザ光の裾野部分を、ミラー23、24により有効に利用して、配管2の照射領域の軸方向端部の光強度を確保することができる。例えば、図3(b)において、プロファイルP1、Pnは、ミラー23、24が無ければ、ガウス分布状のプロファイルであったが、ミラー23、24を配置することにより、図3(b)の領域Bに示すように、軸方向両端部が急峻に立ち上がったプロファイルに制御可能であり、配管2に与える温度分布も、図3(b)に示すような温度プロファイルに制御することができる。なお、図3(b)においては、P1、Pn以外のプロファイル、例えば、P2等のプロファイルは省略している。   Therefore, conventionally, the base part of the laser beam that has hardly contributed to the heat input to the necessary region is effectively used by the mirrors 23 and 24 to secure the light intensity at the axial end of the irradiation region of the pipe 2. can do. For example, in FIG. 3B, the profiles P1 and Pn are Gaussian distribution profiles without the mirrors 23 and 24, but by arranging the mirrors 23 and 24, the region of FIG. As shown in FIG. 3B, it is possible to control the profile so that both ends in the axial direction rise steeply, and the temperature distribution given to the pipe 2 can also be controlled to a temperature profile as shown in FIG. In FIG. 3B, profiles other than P1 and Pn, for example, profiles such as P2 are omitted.

参考例3Reference example 3

図4に、光制御部5の実施形態の他の一例となる概略構成図を示して、その構成を説明する。なお、図4においても、見やすくするため、レーザ光P1〜Pnのうち、レーザ光P1、Pnのみの光学系を図示すると共に、実際は、レンズやミラー等により、拡大されたり、反射されたりしているレーザ光P1、Pnの光路のうち、本参考例における特徴的光路のみ図示する。 FIG. 4 shows a schematic configuration diagram as another example of the embodiment of the light control unit 5, and the configuration will be described. In FIG. 4, for the sake of clarity, the optical system of only the laser beams P1 and Pn out of the laser beams P1 to Pn is illustrated, and actually, it is enlarged or reflected by a lens, a mirror, or the like. Of the optical paths of the laser beams P1 and Pn, only the characteristic optical paths in this reference example are shown.

図4に示す光制御部5Cは、ミラーの構成を除き、参考例1の図2(a)に示した光制御部5A、参考例2の図3(a)に示した光制御部5Bと同等の構成を有するものである。更に具体的には、図4に示す光制御部5Cでは、光制御部5Aにおけるミラー21、22と光制御部5Bにおけるミラー23、24とを組み合わせて、レーザ光P1〜Pnの光学系を、ミラー21〜24で囲んで、ボックス化した構成である。従って、参考例1の光制御部5A及び参考例2の光制御部5Bと同等の構成については、重複する説明を省略して、光制御部5Cの構成を説明する。 Light control unit 5C shown in FIG. 4, except the structure of the mirror, the light control unit 5A shown in FIG. 2 of Reference Example 1 (a), a light control unit 5B shown in FIG. 3 of Reference Example 2 (a) It has an equivalent configuration. More specifically, in the light control unit 5C shown in FIG. 4, the mirrors 21 and 22 in the light control unit 5A and the mirrors 23 and 24 in the light control unit 5B are combined to form an optical system of the laser beams P1 to Pn. This is a boxed configuration surrounded by mirrors 21-24. Therefore, for the same structure as the optical control unit 5B of the light control unit 5A and Reference Example 2 Reference Example 1, omitting the overlapping description, the configuration of the optical control unit 5C.

参考例においては、照射領域の周方向端部及び軸方向端部の光強度を確保するため、光学系の最終段であり、レーザ光の最終的な光路に対して、周方向の両側にミラー21、22を配設すると共に、軸方向の両側にミラー23、24を配設している。ミラー21、22は、拡大されたレーザ光P1〜Pnの周方向における裾野部分のレーザ光を反射し、配管2の所望の照射領域にレーザ光を折り返すように配置され、ミラー23、24は、拡大されたレーザ光P1、Pnの軸方向における裾野部分のレーザ光を反射し、配管2の所望の照射領域にレーザ光を折り返すように配置されている。 In this reference example, in order to ensure the light intensity at the circumferential end and the axial end of the irradiation region, it is the final stage of the optical system, and on both sides in the circumferential direction with respect to the final optical path of the laser beam. The mirrors 21 and 22 are disposed, and the mirrors 23 and 24 are disposed on both sides in the axial direction. The mirrors 21 and 22 are arranged so as to reflect the laser light at the skirt portion in the circumferential direction of the expanded laser beams P1 to Pn and to fold the laser beam to a desired irradiation region of the pipe 2, and the mirrors 23 and 24 are The expanded laser beams P <b> 1 and Pn are arranged so as to reflect the laser beam at the base portion in the axial direction and to fold the laser beam to a desired irradiation region of the pipe 2.

このような構成により、配管2の照射領域の周方向の端部では、レンズ14を透過して直接配管2に照射されたレーザ光と、レンズ14を透過し、ミラー21、22にて反射されたレーザ光とが重なるように照射されることになる。又、配管2の照射領域の軸方向の端部では、レンズ14を透過して直接配管2に照射されたレーザ光と、レンズ14を透過し、ミラー23、24にて反射されたレーザ光とが重なるように照射されることになる。その結果、逃げ光や必要領域外への照射を抑制して、出力を有効活用することができ、配管2の照射領域の周方向端部及び軸方向端部の光強度を制御して、その立上りを急峻にすることができる。   With such a configuration, at the end in the circumferential direction of the irradiation region of the pipe 2, the laser beam that has passed through the lens 14 and is directly irradiated onto the pipe 2 and the lens 14, and are reflected by the mirrors 21 and 22. The laser beam is irradiated so as to overlap. Further, at the axial end of the irradiation region of the pipe 2, a laser beam that has passed through the lens 14 and is directly irradiated onto the pipe 2, and a laser beam that has passed through the lens 14 and is reflected by the mirrors 23 and 24. Will be irradiated so as to overlap. As a result, it is possible to suppress the escape light and the irradiation outside the necessary area, and to effectively use the output, and to control the light intensity at the circumferential end and the axial end of the irradiation area of the pipe 2, The rise can be made steep.

従って、従来は、配管2の外側に逃げていた光や必要領域への入熱にほとんど寄与しなかったレーザ光の周方向の裾野部分を、ミラー21、22により有効に利用して、配管2の照射領域の周方向端部の光強度を確保することができ、加えて、必要領域への入熱にほとんど寄与しなかったレーザ光の軸方向の裾野部分を、ミラー23、24により有効に利用して、配管2の照射領域の軸方向端部の光強度を確保することができる。又、レーザ光P1〜Pnの光学系を、ミラー21〜24で囲んで、ボックス化したので、周辺への漏れ光を抑制でき、漏れ光対策(防護板等)が不要となる。   Accordingly, conventionally, the mirror 2, 22 effectively utilizes the circumferential skirt portion of the laser beam that has escaped to the outside of the pipe 2 and hardly contributed to the heat input to the necessary area, so that the pipe 2 In addition, it is possible to secure the light intensity at the circumferential end of the irradiation region of the laser beam, and in addition, the mirrors 23 and 24 effectively use the mirrors 23 and 24 to prevent the axial base of the laser beam that has hardly contributed to the heat input to the necessary region. By utilizing this, it is possible to ensure the light intensity at the axial end of the irradiation region of the pipe 2. Further, since the optical system of the laser beams P1 to Pn is surrounded by the mirrors 21 to 24 and boxed, leakage light to the periphery can be suppressed, and countermeasures against leakage light (protective plate or the like) are not required.

参考例4Reference example 4

図5に、光制御部5の実施形態の一例となる概略構成図を示して、その構成を説明する。なお、図5においても、見やすくするため、レーザ光P1〜Pnのうち、レーザ光P1、Pnのみの光学系を図示すると共に、実際は、レンズやミラー等により、拡大されたり、反射されたりしているレーザ光P1、Pnの光路のうち、主な光路のみ図示している。   FIG. 5 shows a schematic configuration diagram as an example of the embodiment of the light control unit 5, and the configuration will be described. In FIG. 5, for the sake of clarity, the optical system of only the laser beams P1 and Pn out of the laser beams P1 to Pn is illustrated, and is actually magnified or reflected by a lens, a mirror, or the like. Of the optical paths of the laser beams P1 and Pn, only the main optical paths are shown.

図5に示すように、本参考例の光制御部5Dも、レーザ光P1〜Pnを制御するものである。各光路上の光学系は、同等の構成を有しており、例えば、レーザ光Pnにおいては、レーザ光の進行方向に向かって、順に、保護ガラス31、台形プリズム32、レンズ33、ミラー35、保護ガラス36を有している。つまり、光学系のいずれかに、例えば、光学系の前段側に、台形プリズム32を有する構成である。 As shown in FIG. 5, the light control unit 5D of this reference example also controls the laser beams P1 to Pn. The optical system on each optical path has the same configuration. For example, in the laser light Pn, the protective glass 31, the trapezoidal prism 32, the lens 33, the mirror 35, A protective glass 36 is provided. In other words, any one of the optical systems has, for example, a trapezoidal prism 32 on the front side of the optical system.

参考例では、上記参考例1〜3と異なり、ミラーに替えて、台形側面側が軸方向に向かって(周方向に平行に)配置された台形プリズム32を用いて、周方向における裾野部分のレーザ光の光路を内側に屈折させて、照射領域の周方向端部の光強度を確保するようにしている。 In this reference example, unlike the reference examples 1 to 3, a trapezoidal prism 32 having a trapezoidal side face arranged in the axial direction (in parallel to the circumferential direction) is used instead of the mirror to The optical path of the laser beam is refracted inward to ensure the light intensity at the circumferential end of the irradiation region.

従って、例えば、レーザ光Pnにおいては、光ファイバ6から出射されたレーザ光が、光学系を保護する保護ガラス31へ入射され、保護ガラス11を透過したレーザ光が周方向における裾野部分のレーザ光の光路を調整する台形プリズム32により屈折され、台形プリズム32により屈折されたレーザ光がレンズ33により拡大され、その後、レンズ33により拡大されたレーザ光が、ミラー35により配管2の方向へ反射され、ミラー35により反射されたレーザ光が、保護ガラス36を透過して、配管2の所望の領域に照射されている。なお、レンズ33としては、球面レンズを用いているが、例えば、シリンドリカルレンズ等を用いてもよく、1つのシリンドリカルレンズを周方向調整用に用い、他の1つのレンズを軸方向調整用に用いてもよい。   Therefore, for example, in the laser light Pn, the laser light emitted from the optical fiber 6 is incident on the protective glass 31 that protects the optical system, and the laser light that has passed through the protective glass 11 is the laser light at the base in the circumferential direction. The laser beam is refracted by the trapezoidal prism 32 that adjusts the optical path of the laser beam, and the laser beam refracted by the trapezoidal prism 32 is magnified by the lens 33, and then the laser beam magnified by the lens 33 is reflected by the mirror 35 toward the pipe 2. The laser beam reflected by the mirror 35 passes through the protective glass 36 and is irradiated to a desired region of the pipe 2. As the lens 33, a spherical lens is used. However, for example, a cylindrical lens or the like may be used, and one cylindrical lens is used for circumferential adjustment, and the other one lens is used for axial adjustment. May be.

このような構成により、従来逃げ光や必要領域への入熱にほとんど寄与しないレーザ光の裾野部分となっていた部分を、配管2の照射領域の周方向の端部に屈折させて、照射することになる。その結果、逃げ光を抑制して、出力を有効活用することができ、配管2の照射領域の周方向端部の光強度を制御して、その立上りを急峻にすることができる。なお、ここでは、調整が容易となることを考慮して、レーザ光P1〜Pnの全ての光学系に共通なミラー35、保護ガラス36を設けたが、共通のミラー35、保護ガラス36に替えて、レーザ光P1〜Pnの各々に独立してミラー、保護ガラスを設けるようにしてもよい。   With such a configuration, the skirt portion of the laser beam that has hardly contributed to the escape light and heat input to the necessary region is refracted to the circumferential end of the irradiation region of the pipe 2 and irradiated. It will be. As a result, the escape light can be suppressed and the output can be used effectively, and the light intensity at the circumferential end of the irradiation region of the pipe 2 can be controlled to make the rise steep. Here, in consideration of ease of adjustment, the common mirror 35 and the protective glass 36 are provided for all the optical systems of the laser beams P1 to Pn. However, the common mirror 35 and the protective glass 36 are used instead. In addition, each of the laser beams P1 to Pn may be provided with a mirror and a protective glass independently.

従って、従来は、配管2の外側に逃げていた光や必要領域への入熱にほとんど寄与しないレーザ光の裾野部分となっていた部分を、台形プリズム32により有効に利用して、配管2の照射領域の周方向端部の光強度を確保することができる。そして、レーザ光P1〜Pn毎に、台形プリズム32を調整すれば、小径管を対象とする場合にも、レーザ光のビーム裾野でのエネルギ密度の低下を抑制することができる。   Therefore, conventionally, the trapezoidal prism 32 effectively uses the light that has escaped to the outside of the pipe 2 and the skirt part of the laser light that hardly contributes to the heat input to the necessary area. The light intensity at the circumferential end of the irradiation region can be ensured. If the trapezoidal prism 32 is adjusted for each of the laser beams P1 to Pn, it is possible to suppress a decrease in energy density at the beam base of the laser beam even when a small diameter tube is targeted.

図6(a)に、光制御部5の実施形態の他の一例となる概略構成図を示して、その構成を説明する。なお、図6(a)においても、見やすくするため、レーザ光P1〜Pnのうち、レーザ光P1、Pnのみの光学系を図示すると共に、実際は、レンズやミラー等により、拡大されたり、反射されたりしているレーザ光P1、Pnの光路のうち、主な光路のみ図示している。   FIG. 6A shows a schematic configuration diagram as another example of the embodiment of the light control unit 5, and the configuration will be described. In FIG. 6 (a), the optical system of only the laser beams P1 and Pn out of the laser beams P1 to Pn is shown for the sake of clarity, and is actually magnified or reflected by a lens, a mirror, or the like. Of the optical paths of the laser beams P1 and Pn, only the main optical paths are shown.

図6(a)に示す光制御部5Eは、レーザ光P1の光学系の構成を除き、参考例4の図5に示した光制御部5Dと同等の構成を有するものである。従って、参考例4の光制御部5Dと同等の構成については、重複する説明を省略して、光制御部5Eの構成を説明する。 The light control unit 5E shown in FIG. 6A has the same configuration as the light control unit 5D shown in FIG. 5 of Reference Example 4 except for the configuration of the optical system of the laser beam P1. Therefore, the description of the configuration equivalent to that of the light control unit 5D of Reference Example 4 will be omitted, and the configuration of the light control unit 5E will be described.

本実施例においては、一方の端部側のレーザ光P1の光学系に、台形プリズム32に替えて、台形プリズム37を配設している。つまり、光学系のいずれかに、例えば、光学系の前段側に、台形プリズム37を有する構成である。台形プリズム37は、台形プリズム32とは異なり、台形側面側が周方向に向かって(軸方向に平行に)配置されたものであり、軸方向における裾野部分のレーザ光の光路を内側に屈折させて、照射領域の軸方向端部の光強度を確保するようにしている。なお、同様の台形プリズム37を、他方の端部側のレーザ光Pnの光学系に設けるようにしてもよい。   In the present embodiment, a trapezoidal prism 37 is provided in place of the trapezoidal prism 32 in the optical system of the laser beam P1 on one end side. In other words, any one of the optical systems has a trapezoidal prism 37 on the front side of the optical system, for example. Unlike the trapezoidal prism 32, the trapezoidal prism 37 has a trapezoidal side surface arranged in the circumferential direction (parallel to the axial direction), and refracts the optical path of the laser beam at the base in the axial direction. The light intensity at the axial end of the irradiation region is ensured. A similar trapezoidal prism 37 may be provided in the optical system of the laser beam Pn on the other end side.

従って、例えば、レーザ光P1においては、光ファイバ6から出射されたレーザ光が、光学系を保護する保護ガラス31へ入射され、保護ガラス11を透過したレーザ光が軸方向における裾野部分のレーザ光の光路を調整する台形プリズム37により屈折され、台形プリズム37により屈折されたレーザ光がレンズ33により拡大され、その後、レンズ33により拡大されたレーザ光が、ミラー35により配管2の方向へ反射され、ミラー35により反射されたレーザ光が、保護ガラス36を透過して、配管2の所望の領域に照射されている。   Therefore, for example, in the laser light P1, the laser light emitted from the optical fiber 6 is incident on the protective glass 31 that protects the optical system, and the laser light that has passed through the protective glass 11 is the laser light at the base in the axial direction. The laser beam is refracted by the trapezoidal prism 37 that adjusts the optical path of the laser beam, and the laser beam refracted by the trapezoidal prism 37 is magnified by the lens 33, and then the laser beam magnified by the lens 33 is reflected by the mirror 35 toward the pipe 2. The laser beam reflected by the mirror 35 passes through the protective glass 36 and is irradiated to a desired region of the pipe 2.

このような構成により、従来必要領域への入熱にほとんど寄与しないレーザ光の裾野部分となっていた部分を、配管2の照射領域の軸方向の端部に屈折させて、照射することになる。その結果、必要領域外への照射を抑制して、出力を有効活用することができ、配管2の照射領域の周方向端部の光強度を制御して、その立上りを急峻にすることができる。   With such a configuration, a portion that has conventionally been a skirt portion of the laser beam that hardly contributes to heat input to the necessary region is refracted and irradiated to the end portion in the axial direction of the irradiation region of the pipe 2. . As a result, irradiation outside the necessary area can be suppressed and the output can be used effectively, and the light intensity at the circumferential end of the irradiation area of the pipe 2 can be controlled to make its rise steep. .

従って、従来は、必要領域への入熱にほとんど寄与しなかったレーザ光の裾野部分を、台形プリズム37により有効に利用して、配管2の照射領域の軸方向端部の光強度を確保することができる。例えば、図6(b)において、従来は、台形プリズム37が無ければ、プロファイルP1も、プロファイルPnのような通常のガウス分布状のプロファイルであったが、台形プリズム37により、端部側のプロファイルが立ち上がり、頂上部が平坦な台形状のプロファイルに制御可能であり、配管2に与える温度分布も、図6(b)に示すような温度プロファイルに制御することができる。なお、図6(b)においても、P1、Pn以外のプロファイル、例えば、P2等のプロファイルは省略している。   Therefore, conventionally, the base portion of the laser beam that has hardly contributed to the heat input to the necessary region is effectively used by the trapezoidal prism 37 to secure the light intensity at the axial end of the irradiation region of the pipe 2. be able to. For example, in FIG. 6B, conventionally, if the trapezoidal prism 37 is not provided, the profile P1 is also a normal Gaussian distribution profile such as the profile Pn. Can be controlled to a trapezoidal profile with a flat top, and the temperature distribution given to the pipe 2 can also be controlled to a temperature profile as shown in FIG. Also in FIG. 6B, profiles other than P1 and Pn, for example, profiles such as P2 are omitted.

図7(a)、(b)に、光制御部5の実施形態の他の一例となる概略構成図を示して、その構成を説明する。なお、図7(a)は、その上面視であり、図7(b)は、その斜視である。又、図7(a)、(b)においても、見やすくするため、レーザ光P1〜Pnのうち、レーザ光P1、Pnのみの光学系を図示すると共に、実際は、レンズやミラー等により、拡大されたり、反射されたりしているレーザ光P1、Pnの光路のうち、主な光路のみ図示している。   7A and 7B are schematic configuration diagrams illustrating another example of the embodiment of the light control unit 5, and the configuration will be described. 7A is a top view thereof, and FIG. 7B is a perspective view thereof. 7A and 7B, for the sake of clarity, the optical system of only the laser beams P1 and Pn out of the laser beams P1 to Pn is shown, and actually, the optical system is enlarged by a lens, a mirror, or the like. Of the optical paths of the laser beams P1 and Pn that are reflected or reflected, only the main optical path is shown.

図7(a)、(b)に示すように、本実施例の光制御部5Fは、レーザ光P1〜Pnを制御するものである。本実施例においては、レーザ光P1、Pn以外の光学系については、上記参考例4におけるレーザ光P1、Pnの光学系と同等の構成を有しており、レーザ光の進行方向に向かって、順に、保護ガラス31、台形プリズム32、レンズ33、ミラー35、保護ガラス36を有している。 As shown in FIGS. 7A and 7B, the light control unit 5F of this embodiment controls the laser beams P1 to Pn. In the present embodiment, the optical system other than the laser beams P1 and Pn has the same configuration as the optical system of the laser beams P1 and Pn in the reference example 4, and the laser beam travels in the traveling direction. A protective glass 31, a trapezoidal prism 32, a lens 33, a mirror 35, and a protective glass 36 are sequentially provided.

但し、本実施例では、上記参考例4、実施例1におけるレーザ光P1、Pnの光学系とは、その構成が異なっている。具体的には、レーザ光P1、Pnの光学系においては、レーザ光の進行方向に向かって、順に、保護ガラス31、レンズ41、光軸ずらしレンズ43、ミラー35、保護ガラス36を有している。つまり、光軸ずらしレンズ43は、レーザ光P1、Pnの光軸をずらして入光するように配置したものである。ここでは、レーザ光P1、Pnの光学系において、光軸ずらしレンズ43により、照射面でのレーザ光のピーク強度が軸方向外側にシフトするように、光軸をずらすことにより、軸方向における裾野部分のレーザ光の光路を内側にずらして、照射領域の軸方向の端部の光強度を確保するようにしている。 However, in this embodiment, the configuration is different from the optical systems of the laser beams P1 and Pn in Reference Example 4 and Example 1 . Specifically, the optical system of the laser beams P1 and Pn includes a protective glass 31, a lens 41, an optical axis shifting lens 43, a mirror 35, and a protective glass 36 in this order in the laser beam traveling direction. Yes. In other words, the optical axis shifting lens 43 is arranged so that the optical axes of the laser beams P1 and Pn are shifted and incident. Here, in the optical system of the laser beams P1 and Pn, the optical axis shift lens 43 shifts the optical axis so that the peak intensity of the laser beam on the irradiation surface is shifted outward in the axial direction, thereby reducing the base in the axial direction. The optical path of the laser beam of the part is shifted inward to ensure the light intensity at the end of the irradiation area in the axial direction.

従って、レーザ光P1、Pnにおいては、光ファイバ6から出射されたレーザ光が、光学系を保護する保護ガラス31へ入射され、保護ガラス31を透過したレーザ光がレンズ41により拡大され、その後、レンズ41により拡大されたレーザ光が光軸ずらしレンズ43により軸方向内側に光軸がずらされ、光軸ずらしレンズ43により光軸がずらされたレーザ光が、ミラー35により配管2の方向へ反射され、ミラー35により反射されたレーザ光が、保護ガラス36を透過して、配管2の所望の領域に照射されている。   Accordingly, in the laser beams P1 and Pn, the laser beam emitted from the optical fiber 6 is incident on the protective glass 31 that protects the optical system, and the laser beam that has passed through the protective glass 31 is expanded by the lens 41, and then The laser beam magnified by the lens 41 is shifted inward in the axial direction by the optical axis shifting lens 43, and the laser light whose optical axis is shifted by the optical axis shifting lens 43 is reflected in the direction of the pipe 2 by the mirror 35. Then, the laser beam reflected by the mirror 35 passes through the protective glass 36 and is irradiated to a desired region of the pipe 2.

このような構成により、従来、必要領域への入熱にほとんど寄与しないレーザ光の裾野部分となっていた部分を、配管2の表面上の照射領域の軸方向内側にずらして、照射することになる。その結果、必要領域外への照射を抑制して、出力を有効活用することができ、配管2の照射領域の軸方向端部の光強度を制御して、その立上りを急峻にすることができる。   With such a configuration, conventionally, a portion that has been a skirt portion of the laser beam that hardly contributes to heat input to the necessary region is irradiated while being shifted inward in the axial direction of the irradiation region on the surface of the pipe 2. Become. As a result, irradiation outside the necessary area can be suppressed and the output can be used effectively, and the light intensity at the axial end of the irradiation area of the pipe 2 can be controlled to make its rise steep. .

従って、従来は、必要領域への入熱にほとんど寄与しなかったレーザ光の裾野部分を、光軸ずらしレンズ43により有効に利用して、配管2の照射領域の軸方向端部の光強度を確保することができる。例えば、図8において、光軸ずらしレンズ43が無い場合、プロファイルP1、Pnも、ガウス分布状のプロファイルであったが、光軸ずらしレンズ43により、軸方向のピーク位置を端部側にシフトさせて、端部側のプロファイルが急峻に立ち上がるような非対称のプロファイルとすることが可能である。なお、図8においても、P1、Pn以外のプロファイル、例えば、P2等のプロファイルは省略している。   Therefore, conventionally, the base portion of the laser beam that has hardly contributed to the heat input to the necessary region is effectively used by the optical axis shifting lens 43, so that the light intensity at the axial end of the irradiation region of the pipe 2 can be reduced. Can be secured. For example, in FIG. 8, when there is no optical axis shifting lens 43, the profiles P1 and Pn are also Gaussian distribution profiles, but the optical axis shifting lens 43 is used to shift the peak position in the axial direction to the end side. Thus, it is possible to make the profile asymmetric such that the profile on the end side rises sharply. In FIG. 8, profiles other than P1 and Pn, for example, profiles such as P2 are omitted.

上述した参考例4、実施例1、2において、台形プリズム32、37は、台形側面を有するプリズムであり、入射側である底面に対して、出射側に3つの面を有するものであったが、参考例4、実施例1、2の変形例として、台形プリズム32、37に替えて、図9に示すように、出射側に3つより多い数の面を有する多面プリズム48を用いるようにしてもよい。なお、図9では、底面に対して、5つの面を有する多面プリズムであるが、所望の入熱プロファイルに応じて、より多くの面を形成した多面プリズムでもよい。このような多面プリズムを用いることにより、より滑らかな入熱プロファイルに調整可能となる。 In Reference Example 4 and Examples 1 and 2 described above, the trapezoidal prisms 32 and 37 are prisms having trapezoidal side surfaces, and have three surfaces on the exit side with respect to the bottom surface on the incident side. As a modification of Reference Example 4 and Examples 1 and 2 , instead of trapezoidal prisms 32 and 37, as shown in FIG. 9, a polyhedral prism 48 having more than three surfaces on the exit side is used. May be. In FIG. 9, the polygonal prism has five surfaces with respect to the bottom surface, but a polygonal prism having more surfaces formed according to a desired heat input profile may be used. By using such a polygonal prism, it is possible to adjust to a smoother heat input profile.

又、上述した参考例4、実施例1、2において、台形プリズム32、37は、周方向又は軸方向のいずれか一方の側面が台形となるプリズムであったが、参考例4、実施例1、2の変形例として、台形プリズム32、37に替えて、図10に示すような、切頭型の四角錐からなる6面体プリズム49を用いるようにしてもよい。これは、周方向及び軸方向共に、断面が台形断面となるプリズムである。このような6面体プリズムを用いることにより、周方向及び軸方向の入熱プロファイルを同時に調整可能となる。 Further, in Reference Example 4, Examples 1 and 2 described above, the trapezoidal prism 32 and 37, but one side of the circumferential direction or the axial direction was prism as a trapezoid, Reference Example 4, Example 1 As a second modification, instead of the trapezoidal prisms 32 and 37, a hexahedral prism 49 made of a truncated quadrangular pyramid as shown in FIG. 10 may be used. This is a prism having a trapezoidal cross section in both the circumferential direction and the axial direction. By using such a hexahedral prism, the heat input profiles in the circumferential direction and the axial direction can be adjusted simultaneously.

又、従来は、レーザ光P1〜Pnは、各々独立した構成であり、各々独立した筐体内に配置されていたが、上述した参考例4、実施例1、2の変形例として、レーザ光P1〜Pnを、1つの筐体内に配置する構成としてもよい。レーザ光P1〜Pnを、1つの筐体内に配置することにより、レーザ光P1〜Pnにおける各光学系のピッチ調整量を大きく確保することができる。 Conventionally, the laser beams P1 to Pn have independent configurations and are arranged in independent casings. As a modification of the above-described Reference Example 4 and Examples 1 and 2 , the laser beam P1 is used. -Pn may be arranged in one housing. By arranging the laser beams P1 to Pn in one casing, a large amount of pitch adjustment of each optical system in the laser beams P1 to Pn can be secured.

参考例5Reference Example 5

図11に、光制御部5の実施形態の他の一例となる概略構成図を示して、その構成を説明する。なお、図11においても、見やすくするため、レーザ光P1〜Pnのうち、レーザ光P1、Pnのみの光学系を図示すると共に、実際は、レンズやミラー等により、拡大されたり、反射されたりしているレーザ光P1、Pnの光路のうち、主な光路のみ図示している。   FIG. 11 shows a schematic configuration diagram as another example of the embodiment of the light control unit 5, and the configuration will be described. In FIG. 11, for the sake of clarity, the optical system of only the laser beams P1 and Pn out of the laser beams P1 to Pn is illustrated, and is actually enlarged or reflected by a lens, a mirror, or the like. Of the optical paths of the laser beams P1 and Pn, only the main optical paths are shown.

図11に示すように、本参考例の光制御部5Gも、レーザ光P1〜Pnを制御するものである。例えば、レーザ光P1の光学系は、レーザ光の進行方向に向かって、順に、ライトパイプ51、レンズ52、ミラー54、レンズ55を有している。つまり、光学系の前段側に、ライトパイプ51を有する構成である。なお、レンズ52としては、球面レンズが使用される。 As shown in FIG. 11, the light control unit 5G of this reference example also controls the laser beams P1 to Pn. For example, the optical system of the laser beam P1 includes a light pipe 51, a lens 52, a mirror 54, and a lens 55 in that order in the traveling direction of the laser beam. That is, the light pipe 51 is provided on the front side of the optical system. As the lens 52, a spherical lens is used.

参考例では、上記参考例1〜3のミラーや上記参考例4、実施例1、2の台形プリズムに替えて、出射光のエネルギ密度が均一化されると共にその照射形状が整えられる長方形断面形状又は正方形断面形状のライトパイプ51を用いている。図12(a)から判るように、ライトパイプ51を用いることにより、レーザ光P1、Pnのプロファイルは、立ち上がりが急峻で、頂上部が平坦な台形状のプロファイルとなる。このように、プロファイル形状を整えられるライトパイプ51を用いることにより、照射領域の端部の光強度が不十分な状態にならないようにしている。なお、図12(a)においても、P1、Pn以外のプロファイル、例えば、P2等のプロファイルは省略している。 In this reference example, instead of the mirrors in the reference examples 1 to 3 and the trapezoidal prisms in the reference example 4 and the examples 1 and 2 , a rectangular cross section in which the energy density of the emitted light is made uniform and the irradiation shape is adjusted. A light pipe 51 having a shape or a square cross section is used. As can be seen from FIG. 12A, by using the light pipe 51, the profiles of the laser beams P1 and Pn become a trapezoidal profile with a steep rise and a flat top. As described above, by using the light pipe 51 whose profile shape is adjusted, the light intensity at the end of the irradiation region is prevented from being insufficient. Also in FIG. 12A, profiles other than P1 and Pn, for example, profiles such as P2 are omitted.

従って、レーザ光P1〜Pnにおいては、光ファイバ6から出射されたレーザ光が、出射光のエネルギ密度が均一化され、照射形状が整えられるライトパイプ51へ入射され、ライトパイプ51によりエネルギ密度が均一化され、照射形状が整えられたレーザ光が球面レンズ52により拡大され、その後、球面レンズ52により拡大されたレーザ光がミラー54により配管2の方向へ反射され、ミラー54により反射されたレーザ光が、球面レンズ55により拡大されて、配管2の所望の領域に結像投影されて、照射されることになる。ライトパイプ51を用いることにより、ファイバ6の端面の結像に対して、レンズ52等を介した光学系の投影倍率を小さく設定でき、その結果、収差抑制が容易となる。又、レンズ52は、小径レンズでも対応可能となり、製造性が良好なレンズの組合せで光学系を構成することが可能となる。   Therefore, in the laser beams P1 to Pn, the laser beam emitted from the optical fiber 6 is incident on the light pipe 51 in which the energy density of the emitted light is made uniform and the irradiation shape is adjusted. The laser beam that has been made uniform and whose irradiation shape has been adjusted is magnified by the spherical lens 52, and then the laser beam magnified by the spherical lens 52 is reflected in the direction of the pipe 2 by the mirror 54 and is reflected by the mirror 54. The light is magnified by the spherical lens 55, imaged and projected onto a desired area of the pipe 2, and irradiated. By using the light pipe 51, the projection magnification of the optical system via the lens 52 or the like can be set small with respect to the image of the end face of the fiber 6, and as a result, aberration suppression is facilitated. In addition, the lens 52 can be a small-diameter lens, and an optical system can be configured with a combination of lenses with good manufacturability.

このような構成により、照射領域のプロファイルが調整されて、必要領域外への照射されることが無くなり、その結果、配管2の照射領域の軸方向端部及び周方向端部の光強度を制御して、その立上りを急峻にすることができる。   With such a configuration, the profile of the irradiation region is adjusted so that the outside of the necessary region is not irradiated, and as a result, the light intensity at the axial end and the circumferential end of the irradiation region of the pipe 2 is controlled. Thus, the rise can be made steep.

従って、図12(a)に示すように、レーザ光P1〜Pnにおいて、照射領域のプロファイルが調整されて、端部側のプロファイルが急峻に立ち上がるような台形状のプロファイルとすることが可能であり、配管2に与える温度分布も、図12(a)に示すような温度プロファイルに制御することができる。   Accordingly, as shown in FIG. 12 (a), in the laser beams P1 to Pn, it is possible to adjust the profile of the irradiation region to obtain a trapezoidal profile in which the profile on the end side rises sharply. The temperature distribution given to the pipe 2 can also be controlled to a temperature profile as shown in FIG.

又、周方向に関しても、ライトパイプ51により照射領域のプロファイルが調整されて、端部側のプロファイルが急峻に立ち上がるような台形状のプロファイルにして、配管2の照射領域の周方向端部の光強度を確保することができる。そして、レーザ光P1〜Pnのライトパイプ51を調整することで、例えば、図12(b)に示すように、軸方向において、入熱の周方向幅をステップ状に制御可能である。このような入熱幅の変化は、異材境界等で周方向照射幅を変化させる場合に有効である。   Also, in the circumferential direction, the light pipe 51 adjusts the profile of the irradiation area so that the profile on the end side rises steeply so that the light at the end in the circumferential direction of the irradiation area of the pipe 2 is obtained. Strength can be secured. Then, by adjusting the light pipes 51 of the laser beams P1 to Pn, for example, as shown in FIG. 12B, the circumferential width of heat input can be controlled stepwise in the axial direction. Such a change in the heat input width is effective when the circumferential irradiation width is changed at a different material boundary or the like.

参考例6Reference Example 6

上記参考例5において、ライトパイプ51は、長方形断面形状又は正方形断面形状のものであったが、参考例5の変形例として、長方形断面形状又は正方形断面形状のライトパイプ51に替えて、照射領域の形状に対応した断面形状、例えば、台形断面形状のライトパイプを用いるようにしてもよい。例えば、照射対象の配管2にテーパ部分がある場合には、その部分への照射領域形状は台形状とすることが望ましいため、台形断面形状のライトパイプを用いることにより、台形状の照射形状を容易に配管2のテーパ部分に投影照射することができる。このように、ライトパイプの断面形状を、照射領域に応じた形状にすることで、照射対象にマッチした照射を容易に行うことができる。なお、レーザ出力に余裕のある場合には、円形断面又は楕円形断面のライトパイプを用いてもよい。 In the reference example 5 , the light pipe 51 has a rectangular cross-sectional shape or a square cross-sectional shape. However, as a modification of the reference example 5 , the light pipe 51 is replaced with the light pipe 51 having a rectangular cross-sectional shape or a square cross-sectional shape. For example, a light pipe having a trapezoidal cross-sectional shape may be used. For example, when the pipe 2 to be irradiated has a taper portion, it is desirable that the irradiation region shape to the portion is a trapezoidal shape. Therefore, by using a light pipe having a trapezoidal cross-sectional shape, the trapezoidal irradiation shape is changed. Projection irradiation can be easily performed on the tapered portion of the pipe 2. In this way, by making the cross-sectional shape of the light pipe in accordance with the irradiation region, it is possible to easily perform irradiation that matches the irradiation target. If there is a margin in laser output, a light pipe having a circular cross section or an elliptic cross section may be used.

参考例7Reference Example 7

上記参考例5は、ライトパイプ51を用いて、その断面形状を照射対象の配管2上に投影することにより、入熱を行うものである。所望の入熱プロファイル、照射面積にするためには、その投影形状だけではなく、その投影像の均一性も制御する必要がある。ところが、レーザ発振器7から光ファイバ6を介して、ライトパイプ51に到達するレーザ光の広がり方は、いくらかの個体差を有しており、必ずしも、レーザ光P1〜Pn全てで一様ではない。そこで、図13に示すように、ライトパイプ51a、51bを、光源毎に(レーザ光P1〜Pn毎に)対応した長さとすることで、ライトパイプ51へ入射するレーザ光のプロファイルが変化しても、その違いを吸収することができる(後述する図14(b)参照)。このように、ライトパイプ51の長さを、光源毎に異なる長さにすることで、所望の照射形状で均一に照射することができる。 The reference example 5 performs heat input by projecting the cross-sectional shape onto the irradiation target pipe 2 using the light pipe 51. In order to obtain a desired heat input profile and irradiation area, it is necessary to control not only the projected shape but also the uniformity of the projected image. However, the spread of the laser light reaching the light pipe 51 from the laser oscillator 7 through the optical fiber 6 has some individual differences, and is not necessarily uniform for all the laser lights P1 to Pn. Therefore, as shown in FIG. 13, by setting the light pipes 51a and 51b to a length corresponding to each light source (for each laser light P1 to Pn), the profile of the laser light incident on the light pipe 51 changes. Also, the difference can be absorbed (see FIG. 14B described later). Thus, by making the length of the light pipe 51 different for each light source, it is possible to uniformly irradiate with a desired irradiation shape.

又、このような光源毎の特性差を吸収するように、ライトパイプ51a、51bを、光源毎の特性差を吸収可能な程度長くして用いるようにしてもよい。又、光ファイバの端面位置を変化させてもよい。光源側の特性が変化した場合に備え、長さ可変式のライトパイプを用いてもよい。又、長さ可変式のライトパイプとしては、例えば、銅製の筒状筐体の内部をミラーコーティングしたものを複数用い、これらをスライド可能に構成することで、長さを可変とするライトパイプを実現できる。このように、ライトパイプを長くすることにより、ライトパイプ内で多数回の反射を繰り返すことになり、エネルギ密度が均一化するため、レーザ光の拡がり特性差をキャンセル可能である。   Further, the light pipes 51a and 51b may be used so as to be long enough to absorb the characteristic difference between the light sources so as to absorb such a characteristic difference between the light sources. Further, the position of the end face of the optical fiber may be changed. A variable length light pipe may be used in case the characteristics on the light source side change. In addition, as the variable length light pipe, for example, a plurality of copper-coated casings that are mirror-coated are used, and a light pipe that is variable in length can be configured by sliding them. realizable. In this way, by making the light pipe longer, the reflection is repeated many times in the light pipe, and the energy density is made uniform, so that the difference in the spread characteristics of the laser light can be canceled.

例えば、図14(a)は、用いたライトパイプが短い場合のレーザ光のプロファイルであるが、この場合には、光源によっては、照射領域の裾野部分がきれいに立ち上がった形状でなかったり、頂上部分のプロファイルが大きく凹んだり、必ずしも、所望のプロファイルが得られてはいない。一方、光源に応じて、ライトパイプの長さを長くすると(例えば、2倍程度の長さ)、図14(b)のように、略台形状のプロファイルが得られことになる。このように、ライトパイプに入射するレーザ光のプロファイルが変化したとしても、ライトパイプをある程度長くすることにより、その変化を吸収して、所望のプロファイルを得ることができる。   For example, FIG. 14A shows the profile of the laser beam when the used light pipe is short. In this case, depending on the light source, the skirt portion of the irradiation region does not have a beautifully raised shape, or the top portion. The profile is greatly recessed or a desired profile is not necessarily obtained. On the other hand, when the length of the light pipe is increased according to the light source (for example, about twice as long), a substantially trapezoidal profile is obtained as shown in FIG. As described above, even if the profile of the laser light incident on the light pipe changes, the change can be absorbed by making the light pipe longer to some extent to obtain a desired profile.

又、上述した参考例1〜7、実施例1〜において、レンズ12、33、52等は、球面レンズであったが、参考例1〜7、実施例1〜5の変形例として、レンズ12、33、52に替えて、非球面レンズやシリンドリカルレンズを用いてもよい。非球面レンズを用いると、使用するレンズ枚数を抑制でき、光制御部5を狭隘箇所でも使用可能な簡単な構成にすることができ、又、シリンドリカルレンズを用いると、配管2の周方向、軸方向へのレーザ光の制御を独立して行うことができる。非球面レンズにより、レンズ枚数を抑制した場合、光学系におけるレーザ光のロスも抑制できるため、装置出力の裕度を向上させたり、装置コストを低減したりすることができる。参考例1〜5、実施例1〜の場合には、例えば、異径配管に入熱する場合、テーパ部分−ストレート部分の境界の形状差に起因する入熱の急激な変化を抑制するように、非球面レンズを形成することにより、形状に応じた滑らかなプロファイルとすることができる。参考例6、7の場合には、非球面レンズを用いることにより、所望の投影照射形状を得られると共に、収差補正も容易となる。又、照射領域の寸法を変化させる場合であっても、照射領域の端部が急峻に立ち上がるプロファイルの形成が可能である。加えて、照射領域の中心部分/裾野部分で、その照射強度比を所望の比率に調整可能である。 In Reference Examples 1 to 7 and Examples 1 to 5 described above, the lenses 12, 33, and 52 are spherical lenses. However, as a modification of Reference Examples 1 to 7 and Examples 1 to 5, lenses are used. Instead of 12, 33, 52, an aspherical lens or a cylindrical lens may be used. If an aspheric lens is used, the number of lenses to be used can be suppressed, and the light control unit 5 can be configured to be usable even in a narrow area. If a cylindrical lens is used, the circumferential direction and axis of the pipe 2 can be reduced. Control of the laser beam in the direction can be performed independently. When the number of lenses is suppressed by the aspherical lens, the loss of laser light in the optical system can be suppressed, so that the tolerance of the apparatus output can be improved and the apparatus cost can be reduced. In the case of Reference Examples 1 to 5 and Examples 1 to 5 , for example, when heat is input to a different-diameter pipe, the rapid change in heat input caused by the shape difference at the boundary between the tapered portion and the straight portion is suppressed. Further, by forming an aspheric lens, a smooth profile corresponding to the shape can be obtained. In Reference Examples 6 and 7 , by using an aspheric lens, a desired projection irradiation shape can be obtained and aberration correction can be easily performed. Even when the dimensions of the irradiation region are changed, it is possible to form a profile in which the end of the irradiation region rises sharply. In addition, the irradiation intensity ratio can be adjusted to a desired ratio at the center portion / bottom portion of the irradiation region.

本発明は、円筒状配管の残留応力の改善に好適なものである。   The present invention is suitable for improving the residual stress of a cylindrical pipe.

本発明に係る管体の残留応力改善装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of embodiment of the residual stress improvement apparatus of the tubular body which concerns on this invention. (a)は、本発明に係る管体の残留応力改善装置において、その光制御部の実施形態の一例(参考例1)を示す概略構成図であり、(b)は、その効果を説明するグラフである。(A) is a schematic block diagram which shows an example ( reference example 1) of embodiment of the light control part in the residual stress improvement apparatus of the tubular body which concerns on this invention, (b) demonstrates the effect. It is a graph. (a)は、本発明に係る管体の残留応力改善装置において、その光制御部の実施形態の他の一例(参考例2)を示す概略構成図であり、(b)は、その効果を説明するグラフである。(A) is a schematic block diagram which shows another example ( reference example 2) of embodiment of the light control part in the residual-stress improvement apparatus of the tubular body which concerns on this invention, (b) is the effect. It is a graph to explain. 本発明に係る管体の残留応力改善装置において、その光制御部の実施形態の他の一例(参考例3)を示す概略構成図である。In the residual stress improvement apparatus of the tubular body concerning the present invention, it is a schematic structure figure showing other examples ( reference example 3) of an embodiment of the light control part. 本発明に係る管体の残留応力改善装置において、その光制御部の実施形態の他の一例(参考例4)を示す概略構成図である。In the residual stress improvement apparatus of the tubular body concerning the present invention, it is a schematic structure figure showing other examples ( reference example 4) of an embodiment of the light control part. (a)は、本発明に係る管体の残留応力改善装置において、その光制御部の実施形態の他の一例(実施例)を示す概略構成図であり、(b)は、その効果を説明するグラフである。(A) is a schematic block diagram which shows another example (Example 1 ) of the embodiment of the light control part in the residual-stress improvement apparatus of the tubular body which concerns on this invention, (b) is the effect. It is a graph to explain. 本発明に係る管体の残留応力改善装置において、その光制御部の実施形態の他の一例(実施例)を示す概略構成図であり、(a)は、その上方視であり、(b)は、その斜視である。In the residual stress improvement apparatus of the tubular body which concerns on this invention, it is a schematic block diagram which shows another example (Example 2 ) of embodiment of the light control part, (a) is the upper view, (b ) Is a perspective view thereof. 図7に示した光制御部の効果を説明するグラフである。It is a graph explaining the effect of the light control part shown in FIG. 本発明に係る管体の残留応力改善装置において、その光制御部に用いる多面プリズムの一例を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing an example of a multi-faceted prism used for the light control unit in the tubular residual stress improving apparatus according to the present invention. 本発明に係る管体の残留応力改善装置において、その光制御部に用いる6面体プリズムの一例を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing an example of a hexahedral prism used for the light control unit in the tubular body residual stress improving apparatus according to the present invention. 本発明に係る管体の残留応力改善装置において、その光制御部の実施形態の他の一例(参考例5)を示す概略構成図である。In the residual stress improvement apparatus of the tubular body which concerns on this invention, it is a schematic block diagram which shows another example ( reference example 5 ) of embodiment of the light control part. (a)、(b)は、図11に示した光制御部の効果を説明するグラフである。(A), (b) is a graph explaining the effect of the light control part shown in FIG. 図11に示した本発明に係る管体の残留応力改善装置の変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification of the residual stress improvement apparatus of the tubular body which concerns on this invention shown in FIG. (a)、(b)は、図13に示した光制御部の効果を説明するグラフである。(A), (b) is a graph explaining the effect of the light control part shown in FIG.

1 残留応力改善装置
2 配管
3 回転駆動装置
4 アーム部
5 光制御部
6 光ファイバ
7 レーザ発振器
8 制御部
9 レーザ光
21、22、23、24 ミラー
32、37 台形プリズム
43 軸ずらしレンズ
48 多面プリズム
49 六面体プリズム
51 ライトパイプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Residual stress improvement apparatus 2 Piping 3 Rotation drive apparatus 4 Arm part 5 Optical control part 6 Optical fiber 7 Laser oscillator 8 Control part 9 Laser light 21, 22, 23, 24 Mirror 32, 37 Trapezoid prism 43 Axis offset lens 48 Polyhedral prism 49 Hexahedral prism 51 Light pipe

Claims (8)

円筒状の管体の外周を周回移動する回転駆動手段と、
前記回転駆動手段に保持され、レーザ光源からのレーザ光を前記管体の溶接部分の外周面に複数照射すると共に、前記複数のレーザ光による照射領域を調整可能な光制御部とを有し、
前記複数のレーザ光による照射領域を前記管体の周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善装置において、
前記光制御部は、
少なくとも1つの端部のレーザ光の光学系に、該光学系におけるレーザ光の光軸をずらすレンズを有し、該レンズにより、端部のレーザ光の強度ピークが前記管体の軸方向の外側に偏るように該レーザ光の光軸をずらして、前記管体へ照射すると共に、
他のレーザ光の光学系に、台形側面を前記管体の軸方向に向けて配設した台形プリズムを有し、該台形プリズムにより、各レーザ光の前記管体の周方向における裾野部分を内側に屈折して、前記管体へ照射することを特徴とする管体の残留応力改善装置。
Rotational drive means for moving around the outer circumference of the cylindrical tube;
A light control unit that is held by the rotation driving unit and irradiates a plurality of laser beams from a laser light source on the outer peripheral surface of the welded portion of the tubular body, and can adjust an irradiation region by the plurality of laser beams,
In the tubular body residual stress improving apparatus for improving the residual stress of the tubular body by moving the irradiation region by the plurality of laser beams in the circumferential direction of the tubular body,
The light control unit
The optical system of the laser light at at least one end has a lens for shifting the optical axis of the laser light in the optical system, and the lens causes the intensity peak of the laser light at the end to be outside the axial direction of the tubular body. The optical axis of the laser beam is shifted so as to be biased to irradiate the tube body,
The other laser light optical system has a trapezoidal prism with a trapezoidal side faced in the axial direction of the tube, and the trapezoidal prism allows the inner side of the skirt portion of the laser beam in the circumferential direction to be inside. An apparatus for improving a residual stress of a tubular body, wherein the tubular body is refracted and irradiated to the tubular body.
請求項1に記載の管体の残留応力改善装置において、
前記光制御部は、一方の端部のレーザ光の光学系が前記レンズを有する場合、他方の端部のレーザ光の光学系に、前記レーザ光の光軸をずらすレンズに替えて、台形側面を前記管体の周方向に向けて配設した他の台形プリズムを有し、該他の台形プリズムにより、端部のレーザ光の前記管体の軸方向における裾野部分を内側に屈折して、前記管体へ照射することを特徴とする管体の残留応力改善装置。
The apparatus for improving residual stress in a tubular body according to claim 1,
When the optical system of the laser light at one end has the lens, the light control unit replaces the lens that shifts the optical axis of the laser light with the optical system of the laser light at the other end. The other trapezoidal prism disposed in the circumferential direction of the tubular body, the other trapezoidal prism refracts the skirt portion of the end portion of the laser beam in the axial direction of the tubular body, An apparatus for improving residual stress of a tubular body, wherein the tubular body is irradiated.
請求項1又は請求項2に記載した管体の残留応力改善装置において、
前記台形プリズムに替えて、出射側の面が3つより多い数の面を有する多面プリズムを用いることを特徴とする管体の残留応力改善装置。
In the apparatus for improving residual stress of a tubular body according to claim 1 or 2,
The trapezoid prism instead of arm, residual stress improving apparatus of the tubular body, which comprises using a multifaceted prism having a surface having a surface on the emission side is more than three.
請求項2に記載した管体の残留応力改善装置において、In the apparatus for improving residual stress in a tubular body according to claim 2,
前記台形プリズム、前記他の台形プリズムに替えて、出射側の面が3つより多い数の面を有する多面プリズムを用いることを特徴とする管体の残留応力改善装置。An apparatus for improving residual stress in a tubular body, wherein a polyhedral prism having a number of surfaces on the exit side larger than three is used instead of the trapezoidal prism and the other trapezoidal prisms.
請求項2に記載の管体の残留応力改善装置において、
前記他の台形プリズムに替えて、切頭型の四角錐からなる六面体プリズムを用い、該六面体プリズムにより、端部のレーザ光の前記管体の周方向における裾野部分を内側に屈折すると共に、端部のレーザ光の前記管体の軸方向における裾野部分を内側に屈折して、前記管体へ照射することを特徴とする管体の残留応力改善装置。
In the tubular-body residual-stress improving apparatus of Claim 2,
Instead of the other trapezoidal prism, a hexahedral prism made of a truncated quadrangular pyramid is used, and the hexahedral prism refracts the skirt portion in the circumferential direction of the tubular body of the laser beam at the end, and An apparatus for residual stress improvement of a tubular body, wherein the bottom portion of the laser beam in the axial direction of the tubular body is refracted inward to irradiate the tubular body.
円筒状の管体の外周を周回移動する回転駆動手段と、
前記回転駆動手段に保持され、レーザ光源からのレーザ光を前記管体の溶接部分の外周面に1つ若しくは複数照射すると共に、前記1つ若しくは複数のレーザ光による照射領域を調整可能な光制御部とを有し、
前記1つ若しくは複数のレーザ光による照射領域を前記管体の周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善装置において、
前記光制御部は、少なくとも1つの端部のレーザ光の光学系に、該光学系におけるレーザ光の光軸をずらすレンズを有し、該レンズにより、端部のレーザ光の強度ピークが前記管体の軸方向の外側に偏るように該レーザ光の光軸をずらして、前記管体へ照射することを特徴とする管体の残留応力改善装置。
Rotational drive means for moving around the outer circumference of the cylindrical tube;
Light control that is held by the rotation driving means and that irradiates one or more laser beams from a laser light source to the outer peripheral surface of the welded portion of the tube, and that can adjust the irradiation area by the one or more laser beams And
In the apparatus for improving residual stress of a tubular body that improves the residual stress of the tubular body by moving the irradiation region of the one or more laser beams in the circumferential direction of the tubular body,
The light control unit has a lens that shifts the optical axis of the laser light in the optical system in the optical system of the laser light in at least one end, and the lens causes an intensity peak of the laser light in the end to be in the tube. An apparatus for improving residual stress of a tubular body, wherein the tubular body is irradiated with the optical axis of the laser beam shifted so as to be biased outward in the axial direction of the body.
請求項1から請求項のいずれか1つの請求項に記載した管体の残留応力改善装置において、
前記レーザ光の光学系を、1つの筐体内に配置することを特徴とする管体の残留応力改善装置。
In the residual stress improving apparatus tube body according to any one of claims of claims 1 to 6,
An apparatus for improving residual stress in a tubular body, wherein the optical system of the laser beam is arranged in one casing.
請求項1から請求項のいずれか1つの請求項に記載した管体の残留応力改善装置において、
前記光制御部の光学系に非球面レンズを用いることを特徴とする管体の残留応力改善装置。
In the apparatus for improving residual stress of a tubular body according to any one of claims 1 to 7 ,
An apparatus for improving residual stress in a tubular body, wherein an aspherical lens is used in the optical system of the light control unit.
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